Stille duurzame voegovergangen

Transcriptie

1 Stille duurzame voegovergangen Jan Voskuilen; RWS-DVS Overgangen van kunstwerken naar asfaltwegen veroorzaken vaak hinder voor buurtbewoners. Voor wegbeheerders zijn de voegen een kostenpost. Mede door de vereiste wegafsluiting bij de uitvoering. RWS heeft via een prijsvraag vier oplossingen geselecteerd die in Er zijn grofweg twee families voegovergangen: zacht en harde. Zachte voegovergangen zijn stil, maar hebben een relatief korte levensduur. Harde voegovergangen gaan daarentegen lang mee, maar produceren weer veel geluid. Rijkswaterstaat (RWS) staat voor een dilemma: het beleid is om stille wegdekken toe te passen, maar wegen zijn pas echt stil als de voegovergangen ook stil zijn. RWS wil in het kader van mobiliteit zoveel mogelijk onderhoud aan voegovergangen voorkomen. Om de probleemkeuze op te lossen stimuleert RWS de markt om voegovergangen te ontwikkelen die zowel stil als duurzaam zijn! Hiervoor is een prijsvraag in de markt gezet in de vorm van een Europese aanbesteding. de praktijk worden getoetst. wegbeheerder kiezen voor harde voegovergangen. De voordelen hiervan zijn dat ze weinig onderhoud behoeven en een lange levensduur hebben, maar het nadeel is dat ze veel geluid produceren. Indien de wegbeheerder kiest voor de omwonenden zal hij zachte voegovergangen toepassen. Meestal worden dan bitumineuze voegovergangen ingebouwd. Deze zijn erg stil, maar hebben als nadeel dat de levensduur in vergelijking met het omliggende asfalt vrij kort is (gemiddeld drie jaar). Onderhoud aan bitumineuze voegovergangen levert verkeershinder op en kost veel geld. Bovendien kan schade aan deze voegovergangen leiden tot hogere geluidsproductie en zelfs tot schade aan het kunstwerk. Marktstimulatie In het kader van het Innovatie Projecten Wegonderhoud (IPW) schreef RWS daarom een prijsvraag uit om de markt te stimuleren om snel met innovatieve voegovergangen te komen die zowel stil als duurzaam zijn. Een tweede doel is om de markt te faciliteren om de innovaties ook daadwerkelijk toe te passen in een snelweg. Dit laatste is een belangrijk punt, want het is vaak moeilijk voor de markt om een wegbeheerder te vinden die een innovatie als eerste wil toepassen. Twaalf bedrijven dienden vijftien ideeën in. Bij een eerste jurybeoordeling zijn deze ideeën getoetst op geluidsproductie tijdens inbouwen en gedurende de levensduur. Alsmede de levensduur zelf en de milieuaspecten. De tien beste zijn Beleid RWS: ZOAB Vanaf 1990 is het beleid van RWS om geluidsreducerend asfalt toe te passen op het hoofdwegennet. Zo n 90 procent van de deklagen bestaat uit ZOAB met een gemiddelde levensduur van meer dan elf jaar. Hard of zacht Bij de overgangen van kunstwerken naar asfaltwegen staat RWS voor een moeilijke keuze. In het kader van mobiliteit zal de In Lintrack ingebouwde voegovergangen 12 Asfalt nr. 3, september 2009

2 VIADUCT LOO VIADUCT MENZEL daarna doorgerekend met een driedimensionaal Eindige Elementen Model (EEM). Mede op basis van de EEM resultaten zijn de tien ideeën opnieuw beoordeeld en heeft de jury de prijswinnaars gekozen. De winnende ideeën en bedrijven zijn in willekeurige volgorde: Prismo Joint van Prismo Markings. BrainJoint van Heijmans Wegenbouw. KLK voeg van Gebroeders van Kessel. Prefab Silent Joint van Salverda. Praktijkproef De prijswinnaars hebben begin mei 2009 voor de praktijkproef hun innovatieve voegovergangen mogen inbouwen in de viaducten Menzel en Loo in de A50 nabij Nistelrode. Het belangrijkste van de praktijkproef is het monitoren van de geluidsreductie in de tijd. Tevens is de inbouw gemonitord en worden spoordieptemetingen en visuele inspecties uitgevoerd. Naast het meten van bewegingen in XYZ richting wordt ook de temperatuur constant gemeten. De vier winnende ideeën worden op lange-termijn duurzaamheid door TU-Delft getest in de LINTRACK en op het gedrag bij lage temperaturen met de bewegingssimulator van het Zwitserse EMPA. Op basis van de proefresultaten wordt over twee jaar een uitspraak gedaan over het te verwachten langetermijn gedrag. LINTRACK: semi-praktijkproef In de LINTRACK (Linear Tracking Apparatus) zijn speciaal voor dit onderzoek naast elkaar twee landhoofden ingebouwd met aan weerszijden van ieder landhoofd twee betonnen brug - delen. De brugdelen en landhoofden zijn voorzien van een standaard asfaltconstructie en per landhoofd zijn aan weerszijden twee dezelfde voegover - gangen ingebouwd. Eén voegovergang wordt uitgerekt en één voegovergangen wordt ingedrukt. Met een super single vrachtwagenband wordt de constructie met overgangen belast. Gestart wordt bij 30 C en 3,5 ton wiellast. Om de overgangen wordt of de wiellast verhoogd met één ton of de temperatuur verhoogd met 5 C tot er bij de laatste overgangen wordt belast met 5,5 ton wiellast bij 40 C. Is de voeg - overgang na overgangen nog intact, dan wordt een trekbezwijkproef bij 20 C uitgevoerd om uit te wijzen welke voegovergang de duurzaamste is. Bewegingssimulator Om het lagetemperatuurgedrag te onderzoeken worden bewegingssimulator - proeven uitgevoerd bij het Zwitserse EMPA. Op een proefstuk, bestaande uit twee met asfalt beklede betonnen platen waartussen de voegovergang is ingebouwd, wordt tien keer een langzame verplaatsingsgestuurde trek- en druk - belasting uitgeoefend bij min 10 C om de bewegingen in winterse omstandigheden na te bootsen. Deze test moet aantonen hoe lang de voegovergang meegaat zonder scheurvorming. Start prijsvraag Indienen ideeën 1e jurybeoordeling 10 beste ideeën EEM berekeningen 2e jurybeoordeling Contract 4 beste ideeën 15 ideeën 5 afvallers 6 afvallers Prijs De prijs die de vier prijswinnaars hebben verdiend bestaat uit: het betalen door RWS van de kosten van EEM berekeningen; het inbouwen van de winnende voegovergangen in de A50 en de monitoring ervan; het vervaardigen van proefstukken van de bewegingssimulatorproeven en de uitvoering van deze proeven; het inbouwen van voegovergangen in de LINTRACK en het uitvoeren van deze proeven. LINTRACK Bewegingssimulator Praktijkproef Eindrapportage 13 Asfalt nr. 3, september 2009

3 Silent Joint : Duurzame voegovergangen van een Olof de Jong; Bouwbedrijf Salverda B.V. Harry Oosterwijk; Schagen infra B.V. Voor duurzame, geluidsarme voegovergangen, welke haaks dan wel onder een hoek in de rijbaanrichting moeten worden aangebracht en grote dilataties moeten kunnen opvangen, wordt bij bruggen en viaducten in ons omringende landen al meer dan 10 jaar met succes de Silent-Joint toegepast. In Nederland wordt de voeg onder licentie van het Zwitserse bedrijf RSAG Reparatur- und Sanierungstechnik AG, door Bouwbedrijf Salverda B.V. en Schagen Infra B.V. met Zwitserse precisie ingebouwd. Olof de Jong vertelt: Gewone bitumineuze voegovergangen worden in Nederland veel toegepast vanwege het feit dat deze voegen geen geluidsoverlast opleveren. Nadeel is echter dat deze gewone bitumineuze voegen een beperkte dilatatiecapaciteit hebben van ca. 25 mm. Ook wil het nog wel eens voorkomen dat de voegen bij zware belastingen er uit worden gereden. Silent-Joint voegovergangen kenmerken zich door een hoge mate van duurzaamheid en kunnen moeiteloos dilataties tot wel 100 mm opvangen. Bovendien zijn Silent- Joint voegovergangen geluidsarm. De gemiddelde levensduur van een gewone bitumineuze voegovergang bedraagt drie tot vijf jaar, terwijl het omliggende asfalt wel elf jaar mee gaat. Zwitserse ervaringen geven aan dat de Silent Joint daar wel twaalf jaar meegaat. Het onderhoud aan voegovergangen kan hierdoor beter worden afgestemd op het onderhoud en de levens- duur van het omliggende asfalt. De toepassing van dit systeem betekent dan ook het voor komen van hoge onderhoudskosten en verkeersstremmingen. Ervaringen uit eerder uitgevoerde proeven hebben aangetoond dat de voeg zowel stil is, als een lange levensduur heeft. Principe De Silent Joint is een soort gewapende bitumineuze voegovergang waarbij spiraalveren tussen hoekprofielen de spanningen in de voegovergang homogeen verdelen over de breedte van de voegovergang. Hoekprofielen zorgen ervoor dat er geen schade optreedt in het hechtvlak tussen het asfalt en de voegovergang. Prefab uitvoering Harry Oosterwijk: In het kader van de prijsvraag van Rijkswaterstaat: Praktijkproeven Stille duurzame voegovergangen hebben wij het idee opgevat om de Silent- Joint in een prefab uitvoering in te bouwen. Het nadeel van een iets langere inbouwtijd ten opzichte van andere voegovergangen wordt hiermee teruggebracht met ettelijke uren. Hoekprofielen beton Inbouwen Het inbouwen van geluidsarme en duurzame voegovergangen stelt zeer hoge eisen aan de constructie, het materiaal en de verwerking. Het inbouwproces bestaat uit de volgende stappen: 1. De bestaande (oude) voegmassa wordt uitgebroken en het onderliggende beton wordt zonodig hersteld/ bijgewerkt. 2. De ondergrond wordt met hete lucht gereinigd en de stalen hoekprofielen worden maatvast gemonteerd. 3. Een stalen onderplaat wordt op de voeg gelegd, afgedekt met een scheidingsmat en afgegoten met rubberbitumen. 4. Aanbrengen en spannen van de spiraalveren tussen de hoekprofielen. 5. De voegvulling bestaande uit (vooromhulde) Electro Oven Slakken en Rubberbitumen Scheidingsmat Stalen onderplaat Stalen veren asfalt 14 Asfalt nr. 3, september 2009

4 en geluidsarme bijzondere kwaliteit De ondergrond wordt met lucht gereinigd nadat de betonnen voegranden zijn gerepareerd en de stalen hoekprofielen maatvast zijn gemonteerd Aanbrengen stalen onderplaat die wordt afgedekt met een scheidingsmat en afgegoten met rubberbitumen Aanbrengen en spannen van de spiraalveren tussen de hoekprofielen De voegvulling van (vooromhulde) Electro Oven Slakken en rubberbitumen wordt laagsgewijs aangebracht Na afgieten is de voeg gevuld en gereed voor het afstrooien Gereed voor gebruik rubberbitumen wordt laagsgewijs aangebracht. 6. Het aanbrengen van een afwerklaag tot een naadloze voegovergang. Bij de prefab uitvoering worden de handelingen 3 tot en met 5 onder ideale omstandigheden in de werkplaats gemaakt. Het geprefabriceerde geheel van hoeklijnen, spiraalveren en bitumen vulling - zeg maar de kern - wordt vervolgens naar het werk vervoerd en in de weg ingebouwd en daar afgegoten. Hierdoor is het inbouwen van de voegovergang minder afhankelijk van het weer en wordt meer dan de helft van de reguliere inbouwtijd bespaard. Belangrijk voordeel hierbij is tevens beduidend kortere periode van hinder voor het verkeer. De voordelen op rij Zeer geluidsarm. Uitzonderlijke opnamemogelijkheden van bewegingen. Hoge levensduur (>10 jaar). Hoge weerstandsopname. Korte verkeersbeperkende maatregelen benodigd door prefab uitvoering en door een snelle belastbaarheid van de toegepaste materialen. Onbeperkte inbouwlengtes. Naadloze overgang met het aansluitende asfalt. Eenvoudige en snelle reconstructie van een eventueel te vernieuwen slijtlaag. 15 Asfalt nr. 3, september 2009

5 Een fluistervoeg met een Breijn: De BrainJoint Gerbert van Bochove; Breijn B.V. Het antwoord dat ingenieursbureau Breijn samen met Heijmans Wegenbouw op de uitdaging in de prijsvraag heeft gegeven is De BrainJoint. Een zeer stille voegovergang die slim reageert op de bewegingen van de brug of het viaduct. De naam BrainJoint staat voor: Buried Reinforced Asphalt Interlayer Noiseless Joint. Vrij vertaald: een verborgen, onzichtbare en onhoorbare voeg die werkt door speciale tussenlagen in een asfaltconstructie. De BrainJoint is een doorontwikkeling en verbetering van de al eerder toegepaste voegovergang Flexivoeg van Heijmans. Kenmerk Het belangrijkste kenmerk van de BrainJoint is, dat de voeg is opgebouwd uit asfaltlagen. Asfaltlagen die ook op het viaduct zelf worden toegepast of kunnen worden toegepast. Het is dus geen onderbreking van de asfalt - constructie voor en achter de voeg. Dat betekent dat de stabiliteit van de verharding ter plaatse van de voeg hetzelfde is als ervoor en erachter. De voeg is dus geen onderbreking die qua vervorming een afwijkend gedrag vertoond.daardoor kunnen geen harde randen ontstaan wanneer de asfaltconstructie op het brug - dek enige vervorming gaat ver tonen. Er ontstaan geen vervorming in bijv. een minder stabiel voegmateriaal waardoor juist een deuk in het rijspoor ontstaat. Er is in feite helemaal geen voeg. Onzichtbaar Bij een renovatie van een bestaande voegovergang, zoals ook in het prijsvraag-project op Rijksweg A50 het geval was, worden de asfaltlagen aangebracht over een kort stukje van circa 1,20 meter over de voegovergang heen. De meest ideale situatie is wanneer ook de asfaltconstructie voor en achter de voeg moet worden vervangen. Dan worden de asfaltlagen over het gehele viaduct heengetrokken en er zijn dan helemaal geen overgangen in de deklaag meer te zien. Dit is ook het geval bij nieuwbouw. De voegkanten worden gerepareed na het slopen van de harde voegovergang Inlage als hart Natuurlijk kunnen de asfaltlagen niet zondermeer over een voeg worden heengedraaid. Het hart van de BrainJoint wordt gevormd door een rekspreidende inlage, welke centraal over de voeg op de asfaltonderlaag (meestal DAB) wordt gelegd. Met het asfalteren van de deklaag versmelt deze inlage met de boven- 16 Asfalt nr. 3, september 2009

6 en onderliggende lagen en vormt daarmee één geheel. In de rekspreidende inlage zijn horizontale, plat liggende lamellen aanwezig die de beweging die in het hart van de voeg optreden over een bepaalde zone ter weerszijde van de voeg verspreiden. Daardoor wordt de beweging onderin de voeg omgezet in een gelijkmatig verdeelde rek in de deklaag. Tevens is de samenstelling van de deklaag aangepast, waardoor deze rek duurzaam kan worden opgenomen. Tweezijdige werking Het voordeel van de lamellen in de inlage is dat de voeg tweezijdig werkt: zowel bij het open als bij het dichtgaan. Wapeningsweefsels zijn hiervoor niet geschikt; zij hebben het karakter dat ze alleen op trek werken. Na een aantal trek-druk cycli ligt de wapening niet meer strak en zal alsnog een scheur boven de voeg ontstaan. De asfaltdeklaag wordt aangebracht op de rekspreidende inlage het ZOAB mengsel op de aansluitende weg niet hoorbaar. De praktijk is het bewijs De Brainjoint is in het prijsvraagproject op de A50 toegepast op het viaduct Loo in de baan van Einhoven naar Oss. Daar is de voeg toegepast als onderbreking van een Tweelaags ZOAB. Zelfs deze onderbreking is niet te horen. Een bezoek ter plaatse is het beste bewijs. Uitvoering Na het slopen van de harde voegovergang zijn de voegkanten gerepareerd en vlak afgewerkt. Vervolgens is de voeg door het aanbrengen van twee asfalt - lagen weer opgebouwd. Op de onderste laag van het dichtasfaltbeton zijn de rekspreidende inlagen aangebracht. Daarna is de deklaag met het brugdekmengsel aangebracht, vlak afgewerkt en verdicht. Waterdicht De rekspreidende inlage is aan de boven en onderzijde afgewerkt met een laag gemodificeerde bitumen. Deze lagen garanderen de waterdichtheid van de voegovergang. Open deklaag De asfaltdeklaag heeft een aangepaste samenstelling. Het bijzondere van het mengsel is dat het in horizontale zin flexibel is maar in verticale richting stabiel. De flexibele mortel in het mengsel nemen de horizontale voegbewegingen goed op en het steenskelet draagt de verkeersbelasting duurzaam. Bovendien heeft de deklaag een open textuur waardoor de geluidseigenschappen vergelijkbaar zijn met ZOAB. Hierdoor is de overgang van dit brugdekmengsel naar Afwalsen van de asfaltdeklaag 17 Asfalt nr. 3, september 2009

7 De KLK-bituvoeg Jan de Morée; Gebr. van Kessel Speciale Technieken en Producten. Tekening bovenaanzicht Tekening dwarsdoorsnede 1 Asfalt (zoab) 2 Asfalt (dab) 3 Landhoofd 4 Asfalt (zoab geïmpregneerd) 5 Bitumineuze voegovergang 6 Voegplaat 7 Prefab rubber wapening 8 Brugdek 3 D aanzicht Principe Het principe van de voeg is om deze eenvoudig en volgens een hoge kwaliteits standaard aan te brengen. Vooraf worden prefab elementen binnen een fabrieksomgeving vervaardigd. De elementen van 460 mm x 20 mm x 2000 mm bestaan uit gemodificeerde bitumen, steenslag en een rubber wapening. De functie van de prefab kern is geoptimaliseerd door het inbouwen van een rubber wapening. Hierdoor is de weerstand tegen horizontale rekken (werking van de voeg) en verticale rekken (spoorvorming) verbeterd. De nadelen van de bitumineuze voegen worden hierdoor tot een minimum beperkt. Het prefab concept maakt dat de complete vervaardigingkwaliteit zoals de homogeniteit van het product, beter is dan bij een in-situ aangebrachte voegvulling. Het inbouwen De vooraf vervaardigde prefab elementen worden naar het werk gebracht. De (ZOAB) deklaag wordt (of is) aangebracht. Bij nieuwbouw moet deze eerst zijn afgekoeld waarbij gerekend moet worden met minimaal een dag. In de (ZOAB) deklaag wordt ter plaatse van de voegovergang een sleuf gefreesd. De vrijgekomen betonnen ondergrond wordt schoongemaakt en de opening wordt met een slab afgedicht. De prefab elementen worden geplaatst waarbij aan de zijkanten voldoende ruimte overgehouden wordt om een goede hechtlaag aan te brengen. De naden en het hele oppervlak worden afgegoten met gemodificeerde bitumen. De randen worden geïmpregneerd met gemodificeerde bitumenemulsie. De mogelijke kookverschijnselen door verhitting van de warme voeg zal de hechting en de versterking van de ZOAB bevorderen waardoor een betere spanningsverdeling ontstaat tijdens krimpbelastingen. De overblijvende ruimte aan de beide zijden van de prefab elementen wordt naderhand met gietasfalt afgewerkt. Als laatste wordt na afkoeling over de 18 Asfalt nr. 3, september 2009

8 Betonnen rand van de voeg na frezen asfaltverharding Herstel betonnen randen Aanbrengen slab over de voeg op het beton Plaatsen van de prefab elementen Afwerking met gietasfalt Voegovergang technisch gereed voor gebruik gehele voegconstructie een slijtlaag aangebracht om een goede aanvangsstroefheid te verkrijgen. De voordelen Kwaliteit van de prefab-elementen zijn beter beheersbaar dan in situ. Geen tijdverlies door afkoeling na het gereedkomen van de voegconstructie. Geluidsreductie vergelijkbaar met bitumineuze voegovergangen. Levensduurverwachting 10 a 13 jaar. De KLK-bituvoeg is ontwikkeld in samenwerking met de bedrijven Kraton, Latexfalt en gebr. van Kessel Speciale Technieken en Producten. Afgestrooide voeg 19 Asfalt nr. 3, september 2009

9 Prismo flexible plug expansion joint Richard Hughes; Prismo Road Markings Ltd Voegovergangen zijn nodig om de bewegingen van het brugdek mogelijk te maken en om het verkeer gelijktijdig over een doorgaand oppervlak comfortabel te laten rijden. Bovendien moet de constructie tussen verharding en brugdek waterdicht zijn, en blijven. Principe schets De Prismo flexible plug expansion joint in gebruik (Nistelrode) Bewegingen bij voegovergangen ontstaan door temperatuurwisselingen, zettingen, kruip en krimp van het beton, bewegingen van brugdekken en verkeersbelasting. Er zijn tegenwoordig veel verschillende typen voegovergangen die aan deze eisen voldoen. De geluideffecten door het passerend verkeer en de rijkwaliteit kan, afhankelijk van het ontwerp van de voegovergang, sterk variëren. Sleutel Discontinuïteiten in het oppervlak als openingen, grove textuur, oneffenheden en hoogteverschillen hebben een grote invloed op de rijkwaliteit en geluidproductie door de interactie tussen voertuigbanden met het oppervlak van de voegovergang. Een vlakke overgang voor de voertuigbanden van het wegoppervlak via het oppervlak van de voegovergang naar het volgende wegoppervlak is de sleutel bij de productie van geluidarme voegovergangen. Aanvullend geldt dat mechanische delen aan het oppervlak van de voegovergang en de metalen onderdelen van de voertuigbanden elkaar kunnen beïnvloeden bij snelle passages. Eigenschappen Daarom moet een voegovergang die - naast het opvangen van bewegingen en dichten van de overbrugging tegen indringing van water ook stil zijn, de volgende eigenschappen hebben: Gelijk niveau tussen wegoppervlak en oppervlak van de voegovergang. Geen hoogteverschillen of onregelmatigheden aan het oppervlak. Geen mechanische delen aan het oppervlak. Gebruik van materiaal dat in staat is om trillingen te absorberen en te dempen. Systeem De Prismo Flexible Plug Expansion Joint is gebaseerd op verbeterde materialen waardoor voldaan wordt aan de genoemde eisen. Het systeem bestaat uit flexibel materiaal dat zowel de capaciteit heeft om de bewegingen van de brug toe te staan als de stabiliteit en stijfheid heeft om de krachten te weerstaan van het verkeer. De basisconstructie van de bitumineuze voegovergangen zijn niet nieuw, want zij worden al meer dan 20 jaar toegepast. De standaardproducten hebben echter een beperkte levensduur (3 jaar) in vergelijking met het omliggende asfalt (meer dan elf jaar). Prismo ziet de interactie tussen de ZOAB verharding en de bitumineuze voegovergang als een zwak punt. Niet alleen kan water via het ZOAB in de voegovergang dringen, maar kunnen er ook scheuren in het aanliggende ZOAB ontstaan waardoor er indirect weer schade kan ontstaan aan de voegovergang. Om dit te voorkomen wordt aan beide zijden tussen voegovergang en ZOAB verharding een waterdichte asfaltlaag toegepast, die voldoende weerstand heeft tegen spoorvorming. Nieuw bindmiddel De innovatie van het aangeboden systeem bestaat uit een nieuw bindmiddelsysteem. Het nieuwe bindmiddel levert superieure prestaties in termen van weerstand tegen zwaar verkeer en stabiliteit tegen permanente deformatie. De voegovergang wordt in twee lagen aangebracht. Tussen deze twee lagen wordt een extra wapening aangebracht, die de inwendige spanningen van brugbewegingen en verkeer spreidt. De combinatie van het concept van een bitumineuze voegovergang, uitgebreid met het nieuwe bindmiddel en de wapening tussen de twee lagen in combinatie met het toepassen van een waterdichte asfaltlaag tussen voegovergang en de ZOAB verhardingslaag, heeft superieure eigenschappen vergeleken met een conventionele bitumineuze voegovergang. 20 Asfalt nr. 3, september 2009